高速铁路是当代高新技术的集成,以其快速、高效、环保等优点在世界各国得到了迅猛的发展。高速动车组普遍采用变频调速交流传动系统,变频调速牵引电机是高速动车组的关键设备之一,其性能对动车组的安全、可靠性具有重要影响。随着动车组牵引功率不断提升,单台牵引电机容量需要大幅度提高。目前由于变流器开关器件的耐压水平无法提高,所以增大输入电流以提高单台电机的输出功率是实现牵引电机大容量化的有效方式之一。但是,大工作电流将使电机的损耗增加,同时由于动车组转向架的轴重和空间体积有限,电机运行和散热状况恶劣,造成牵引电机各部件工作温度升高(有时甚至达到200℃以上),电机内热点温度频繁超限,可能导致电机绝缘失效。因此,准确解析牵引电机电热场分布,发现电机温升热点,对电机冷却系统进行优化改进从而提高电机的服役性能成为大功率牵引电机设计制造的重要问题。根据电磁场理论构建了高速动车组大功率牵引电机场路耦合分析模型,研究了不同拓扑结构(两电平、三电平)牵引逆变器在正弦脉宽调制、方波控制以及电流跟踪控制方式下的输出特性,解析了牵引电机运行特性及启动过程中的电磁暂态过程,探明了电机瞬态电磁场分布规律。根据传热学理论构建了高速动车组大功率牵引电机全域三维温度场分析模型,研究了电机的主要传热方式及电机内绝缘层和表面层对传热的影响,确定了电机各部分损耗及等效散热系数的计算方法,解析了电机在额定负载下的稳态三维温度场、热流密度及热应力分布,找到了电机温升热点,并对影响温度场分布的因素进行了敏感度分析。研究了牵引电机温度场分布对定子绕组电磁线绝缘材料寿命的影响,以纳米复合聚酰亚胺(PI)薄膜为对象,测试分析了绝缘材料在连续方波脉冲下的失效时间,研究了连续高压方波脉冲下绝缘材料电热联合老化机理,得到了方波脉冲的幅值、频率和老化温度对绝缘寿命的影响规律,提出了聚酰亚胺薄膜电应力—热应力联合作用下的寿命模型。